专利名称：具有生活热水的风冷热泵装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及空调系统，具体地说是一种具有生活热水的风冷热泵装置。
风冷热泵装置是为空调系统提供冷、热水的热力设备，热泵装置通过制冷剂与空调用水进行热交换制取冷、热水，并通过循环水泵送入空调系统的末端设备，末端设备内的空调用水和空气进行换热，向房间提供冷热量，从而保证室内环境的舒适性，现有风冷热泵装置一般仅在夏季为空调系统提供7℃左右的冷冻水，供房间制冷用；冬季提供40℃左右的空调热水供房间采暖用，与此类似，还有一种风冷热泵装置直接向房间输送冷、热风，其工作原理是相似的。
风冷热泵装置在夏季供冷运行时，制冷剂通过冷冻水间接地从房间吸取热量，将热量通过风冷换热器排放至大气环境中去；在冬季制热运行时，制冷剂从大气环境中吸取热量，通过空调热水将热量释放到室内环境中去。制冷时，制冷剂的排热都从风冷换热器中直接排放至大气环境中，造成可用能量的损失；在制热时，因压缩机排气口至水侧换热器入口之间的排气管也会造成一定的能量损失。既污染环境，又浪费能源，而且使用风冷热泵装置的用户，为满足生活需要，还需设置供生活用的热水锅炉或煤气、电热水器，增加建筑设备造价和运行使用费用。
为实现制冷运行时冷凝热的有效利用，从20世纪70年代末期开始，就有文献开展在风冷热泵装置中制取生活热水的研究工作，但由于此类热泵装置存在有如下问题(1)不能解决生活热水管路及其设备的防结垢问题；(2)非连续使用生活热水时需要辅助换热器进行换热，增加了设备成本；(3)冬季供热时出现供热量不足，需要配置大容量的辅助热源，才能保证连续提供生活热水，不仅使设备成本提高，而且增加了电源的配电容量等，故至今尚无技术成熟的具有生活热水的风冷热泵装置产品。
本实用新型的目的是克服上述不足，提供一种具有生活热水的风冷热泵装置，实现制冷剂和自来水的能量回收，制造生活热水同时使热泵系统的冷凝温度降低，避免热水管路结垢，降低热泵装置的成本，减小配电装机容量，增加热泵装置的使用范围。
本实用新型的目的是这样实现的一种具有生活热水的风冷热泵装置，由空调装置和热水装置两部分构成，其中，空调装置包括制冷剂循环回路和空调水回路两部分；在制冷剂回路中，压缩机的排气口依次连接四通阀、风冷换热器、单向阀、高压贮液器、热力膨胀阀、单向阀、水冷换热器、四通阀、气液分离器，再返回压缩机的吸气口，在热力膨胀阀的出口与单向阀的入口之间设置单向阀，在单向阀的出口与单向阀的出口之间设置单向阀，热膨胀阀的感温包安装在四通阀与气液分离器之间的连接管路上；在空调水回路中，从室内空调末端设备返回的空调水，经水泵增压，进入水冷换热器的水介质通道内，再经出水管送回室内空调末端设备，在出水管上安装有空调水温度传感器；热水装置包括在空调装置的压缩机的排气口与四通阀入口之间设置一个具有保温层的再热器，该压缩机的排气管与再热器内部的制冷剂通道的入口相连，该再热器的出口与四通阀的入口相连；再热器的生活热水通道的进口与自来水管网相连，出口与生活热水出水管相连，其特征在于在所述空调装置的高压液体管上设置具有保温层的预热器，其制冷剂通道分别与风冷换热器的出口管路和高压贮液器的进口相连；生活热水通道的进出口分别与生活热水进水管和再热器水通道的入口相连。
在所述空调装置中，其压缩机的排气口和再热器之间设置电磁三通阀，电磁三通阀的入口和压缩机的排气口相连，另两个出口分别与四通阀的入口和再热器制冷剂通道的入口相连，再热器制冷剂通道的出口与四通阀的入口相连。
在所述热水装置中，设置蓄热水罐、热水泵和水压传感器，其中在蓄热水罐内部设有热水温度传感器；在蓄热水罐出水管与热水泵入口之间的连接管路上设置单向阀，该单向阀的方向指向热水泵的入口；在单向阀入口和蓄热水罐出水管之间的连接管路上引出生活热水出水管。
在热水装置中设置有除垢装置，自来水经过除垢装置进入预热器，与液态制冷剂进行热交换。
在所述空调装置中的压缩机为变频压缩机，也可以为排气量可变化的制冷压缩机。
本实用新型有以下积极有益的效果本实用新型设计的风冷热泵装置利用冷凝器出口液态制冷剂显热加热自来水，同时实现液态制冷剂大幅度过冷，实现制冷剂和自来水的能量回收；利用压缩机排气的部分热量加热经预热器预热后的自来水，制造生活热水，同时使热泵系统的冷凝温度降低。上述两方面能量的综合利用，不仅为空调用户提供了生活热水，而且可大幅度改善热泵装置的能量利用效率，具有明显的经济效益和社会效益。
为解决传统方案中生活热水管路容易结垢的问题，除了在热水管路增设除垢装置外，还在压缩机排气管和再热器之间设置电磁三通阀，利用电磁三通阀转换高温制冷剂的流向，在热水装置不进行蓄热与供热水运行时，使高温气态制冷剂不经过再热器而直接旁通进入电磁四通阀，避免了高温气态制冷剂将再热器内的水继续加热而导致热水管路结垢。
在本实用新型设计的热水装置中，设置蓄热水罐、热水泵和水压传感器，在蓄热罐和再热器出水泛之间，连接生活热水出水管，蓄热水罐与热水泵人口之间用水管连通，当用户不使用热水且当热水温度未达到设定温度时，热水泵运行，利用压缩机排气加热生活热水直到热水温度达到设定目标值，当用户使用热水时，水压传感器指令热水泵运行，使自来水和蓄热水罐内的高温水充分混合，并流向用户末端，此结构不仅可以保证热水系统迅速流出高温热水，减小自来水预热器与再热器的传热面积，降低热泵装置的成本，而且由于不需要电加热器和其它辅助热源，减小了配电装机容量，增加了热泵装置的使用范围。
现结合附图进行说明
图1是本实用新型的热泵装置和热水装置联合运行的结构原理图；图2同
图1，为另一实施例；图3是空调装置制冷以及热水装置供热水联合运行时，制冷剂和热水的流向图；图4是空调装置制热以及热水装置供热水联合运行时，制冷剂和热水的流向图；图5是热泵装置单独供热水运行时制冷剂和热水和流向图。
附图编号1．变频压缩机2．电磁三通阀 3．再热器4．四通阀5．风冷换热器 6．风扇7．单向阀8．预热器 9．高压贮液器10．热力膨胀阀 11．单向阀 12．单向阀13．单向阀 14．热力膨胀阀的感温包 15．气液分离器16．空调水泵17．水冷换热器 18．除垢装置19．热水泵 20．蓄热水罐21．水压传感器22．热水温度传感器 23．空调出水温度传感器 24．出水管25．出水管 26．生活热水出水管 27．生活热水进水管28．单向阀请参照
图1、图2，本实用新型是一种具有生活热水的风冷热泵装置，由空调装置和热水装置两部分构成，其中，空调装置包括制冷剂循环回路和空调水回路两部分；在制冷剂回路中，压缩机1的排气口依次连接四通阀4、风冷换热器5、单向阀7、高压贮液器9、热力膨胀阀10、单向阀12、水冷换热器17、四通阀4、气液分离器15，再返回压缩机1的吸气口，在热力膨胀阀10的出口与单向阀7的入口之间设置单向阀11，在单向阀12的出口与单向阀7的出口之间设置单向阀13，热膨胀阀10的感温包14安装在四通阀4与气液分离器15之间的连接管路上；在空调水回路中，从室内空调末端设备返回的空调水25，经水泵16增压，进入水冷换热器17的水介质通道内，再经出水管24送回室内空调末端设备，在出水管24上安装有空调水温度传感器23；热水装置包括在空调装置的压缩机1的排气口与四通阀4入口之间设置一个具有保温层的再热器3，该压缩机1的排气管与再热器3内部的制冷剂通道的入口相连，该再热器3的出口与四通阀4的入口相连；再热器的生活热水通道的进口与自来水管网27相连，出口与生活热水出水管26相连，通过上述结构可实现风冷热泵装置全年向用户提供空调用冷热水和生活热水，并可实现热泵装置的高效、节能运行，其特征在于在所述空调装置的高压液体管上设置具有保温层的预热器8，与液态制冷剂进行热交换，吸收冷凝后液态制冷剂的显热，一方面使自来水进行预热，提高水温；另一方面，使液态制冷剂得到充分的过冷，从而提高制冷单位质量制冷量，改善系统的能效比，其制冷剂通道分别与风冷换热器5的出口管路和高压贮液器9的进口相连；生活热水通道的进出口分别与生活热水进水管27和再热器3水通道的人口相连。
在所述空调装置中，其压缩机1的排气口和再热器3之间设置电磁三通阀2，电磁三通阀2的入口和压缩机1的排气口相连，另两个出口分别与四通阀4的入口和再热器3制冷剂通道的入口相连，再热器3制冷剂通道的出口与四通阀4的入口相连，利用电磁三通阀2转换高温制冷剂的流向功能，在热水装置不进行蓄热与供热水运行时，使高温气态制冷剂不经过再热器3而直接旁通进入四通阀4，避免了高温气态制冷剂将再热器3内的热水继续加热而导致热水管路结垢。
在所述热水装置中，设置蓄热水罐20、热水泵19和水压传感器21，其中在蓄热水罐20内部设有热水温度传感器22；在蓄热水罐20出水管与热水泵19入口之间的连接管路上设置单向阀28，该单向阀的方向指向热水泵19的入口；在单向阀28入口和蓄热水罐20出水管之间的连接管路上引出生活热水出水管26，在不使用生活热水期间，利用压缩机排气向蓄热水罐内部的水介质蓄热，以保证用户能随时从热水系统中取用温度较高的生活热水，并可以减小热水装置的成本。
在热水装置中设置有除垢装置18，自来水经过除垢装置18进入预热器8，与液态制冷剂进行热交换。
在所述空调装置中，压缩机1采用变频压缩机或具有排气量可变化的制冷压缩机，以保证冬季制热和制取生活热水的效果；在单独制取生活热水时，采用压缩机小容量运行，以避免压缩机频繁启停，同时，空调装置中的热力膨胀阀可以用电子膨胀阀或者毛细管、节流管、节流孔板等节流装置取代。
在所述空调装置中，所述制取空调用冷、热水的水冷换热器17亦可用风冷换热器代替，其制取出的冷风、热风直接输送至空调房间。
图3给出了空调装置制冷以及热水装置供热水联合运行时制冷剂和热水的流向图。
(1)空调装置制冷运行，但用户不使用热水且蓄热水罐20内的热水温度达到设定目标温度时，压缩机1运行，四通阀4掉电，空调水泵16运行，此时，电磁三通阀2掉电，切断高温制冷剂流向再热器3的流道，而旁通进入四通阀4，制冷剂经过四通阀4在风冷换热器5内冷凝成高压液态制冷剂，并沿单向阀7、预热器8流入高压贮液器9，经热力膨胀阀10节流降压后，沿单向阀12进入水冷换热器17内，吸收经空调水泵16返回的空调用水的热量而蒸发，最后经四通阀4、气液分离器15返回压缩机，实现空调系统的制冷运行，此时热水装置中的热水泵19停止运行。
(2)空调装置制冷运行，但当用户不使用热水而蓄热水罐20内的热水温度未达到设定目标温度时，压缩机1运行，四通阀4掉电，空调水泵16运行，此时，利用热水温度传感器22指令热水泵19运行和电磁三通阀2上电，切断直接进入四通阀4的高温制冷剂流道，使高温制冷剂旁通进入再热器3，高温气态制冷剂在再热器3中释放部分热量后，进入四通阀4，其后的制冷剂流动方向和(1)相同，此时热水装置中的热水泵驱动蓄热水罐20内的水循环流动，在再热器3中吸收压缩机排气的热量逐渐加热至目标热水温度后，利用热水温度传感器22指令热水泵19停止运行。
(3)空调装置制冷运行，且用户使用热水时，压缩机1运行，四通阀4掉电，空调水泵16运行，此时，热水装置中的热水泵19运行，水压传感器21指令电磁三通阀2上电，此时，制冷剂流动方向和(2)相同，在热水装置中，自来水经生活热水进水管27进入预热器8，在预热器8内和经风冷换热器5冷凝后的高压液态制冷剂进行热交换，加热自来水，同时使高压液态制冷剂得到大幅度地过冷；预热后的自来水和从蓄热水罐20内返回的热水混合，经热水泵19加压后流入再热器3中，经压缩机排气进一步加热后，一部分返回蓄热水罐20，另一部分经水压传感器21、生活热水出水管25流向用户末端。
图4给出了空调装置制热以及热水装置供热水联合运行时制冷剂和热水的流向图。
(4)空调装置制热运行，但用户不使用热水且蓄热水罐20内的热水温度达到设定目标温度时，压缩机1运行，四通阀4上电，空调水泵16运行，此时，电磁三通阀2掉电，切断高温制冷剂流向再热器3的流道，而旁通进入的四通阀4，制冷剂经过四通阀4，流入水冷换热器17，在水冷换热器17内将热量释放至空调热水中并冷凝成高压液态制冷剂，并沿单向阀13、预热器8流入高压贮液器9，经热力膨胀阀10节流降压后，单向阀11进入风冷换热器5内，吸收室外空气的热量而蒸发，最后经四通阀4、气液分离器15返回压缩机，实现空调系统的制热运行，此时热水装置中的热水泵19停止运行。
(5)空调装置制热运行，但当用户不使用热水而蓄热水罐20内的热水温度未达到设定目标温度时，压缩机1运行，四通阀4上电，空调水泵16运行，此时，利用热水温度传感器22指令热水泵19运行和电磁三通阀2上电，切断直接进入四通阀4的高温制冷剂流道，使高温制冷剂旁通进入再热器3，高温气态制冷剂在再热器3中释放部分热量后，进入四通阀4，其后的制冷剂流动方向和(4)相同，此时热水装置中的热水泵19驱动蓄热水罐20内的水循环流动，在再热器3中吸收压缩机排气的热量逐渐加热至目标热水温度后，利用热水温度传感器22指令热水泵19停止运行。
(6)空调装置制热运行，且用户使用热水时，热水装置中的热水泵19运行，压缩机1运行，四通阀4上电，空调水泵16运行，此时，水压传感器21指令电磁三通阀2上电，制冷剂流动方向和(5)相同，在热水装置中，自来水经生活热水进水管27进入预热器8，在预热器8内和经水冷换热器17冷凝后的高压液态制冷剂进行热交换，加热自来水，同时使高压液态制冷剂得到大幅度地过冷；预热后的自来水和从蓄热水罐20内返回的热水混合，经热水泵19加压后流入再热器3中，经压缩机排气进一步加热后，一部分返回蓄热水罐，另一部分经水压传感器21、生活热水出水管25流向用户末端。
图5给出了热泵装置单独供热水运行时制冷剂和热水的流向图。
(7)当空调装置不需要制冷也不需要制热，但热水系统需要蓄热或热水运行时，压缩机1运行，四通阀4上电，空调水泵16停止运行，此时，电磁三通阀2上电，切断高温气态制冷剂流向四通阀4的流道，而旁通进入的再热器3，高温气态制冷剂在再热器3中冷却并部分冷凝后，经四通阀4、水冷换热器17、单向阀13流入预热器8，尚未冷凝的气态制冷剂在预热器8内继续冷凝，将热量释放至自来水中以预热生活热水，冷凝后的高压液态制冷剂后流入高压贮液器9，经热力膨胀阀10节流降压后，经单向阀11进入风冷换热器5内，吸收室外空气的热量而蒸发，最后经四通阀4、气液分离器15返回压缩机，实现空调装置单独供热水运行，当停止使用生活热水且热水的温度低于目标设定值时，热水装置中热水泵19驱动蓄热水罐20内的水循环流动，在再热器3中吸收压缩机排气的热量逐渐中热至目标热水温度后，利用热水温度传感器22指令热水泵19、压缩机1和风冷换热器5的风扇6停止运行；当使用生活热水时，水压传感器21指令热水泵19、压缩机1和风冷换热器5的风扇6运行，以便向用户提供生活热水。
权利要求1．一种具有生活热水的风冷热泵装置，由空调装置和热水装置两部分构成，其中，空调装置包括制冷剂循环回路和空调水回路两部分；在制冷剂回路中，压缩机(1)的排气口依次连接四通阀(4)、风冷换热器(5)、单向阀(7)、高压贮液器(9)、热力膨胀阀(10)、单向阀(12)、水冷换热器(17)、四通阀(4)、气液分离器(15)，再返回压缩机(1)的吸气口，在热力膨胀阀(10)的出口与单向阀(7)的入口之间设置单向阀(11)，在单向阀(12)的出口与单向阀(7)的出口之间设置单向阀(13)，热膨胀阀(10)的感温包(14)安装在四通阀(4)与气液分离器(15)之间的连接管路上；在空调水回路中，从室内空调末端设备返回的空调水(25)，经水泵(16)增压，进入水冷换热器(17)的水介质通道内，再经出水管(24)送回室内空调末端设备，在出水管(24)上安装有空调水温度传感器(23)；热水装置包括在空调装置的压缩机(1)的排气口与四通阀(4)入口之间设置一个具有保温层的再热器(3)，该压缩机(1)的排气管与再热器(3)内部的制冷剂通道的入口相连，该再热器(3)的出口与四通阀(4)的入口相连；再热器的生活热水通道的进口与自来水管网(27)相连，出口与生活热水出水管(26)相连，其特征在于在所述空调装置的高压液体管上设置具有保温层的预热器(8)，其制冷剂通道分别与风冷换热器(5)的出口管路和高压贮液器(9)的进口相连；生活热水通道的进出口分别与生活热水进水管(27)和再热器(3)水通道的入口相连。
2．如权利要求1所述的具有生活热水的风冷热泵装置，其特征在于在所述空调装置中，其压缩机(1)的排气口和再热器(3)之间设置电磁三通阀(2)，电磁三通阀(2)的入口和压缩机(1)的排气口相连，另两个出口分别与四通阀(4)的入口和再热器(3)制冷剂通道的入口相连，再热器(3)制冷剂通道的出口与四通阀(4)的入口相连。
3．如权利要求1所述的具有生活热水的风冷热泵装置，其特征在于在所述热水装置中，设置蓄热水罐(20)、热水泵(19)和水压传感器(21)，其中在蓄热水罐(20)内部设有热水温度传感器(22)；在蓄热水罐(20)出水管与热水泵(19)入口之间的连接管路上设置单向阀(28)，该单向阀的方向指向热水泵(19)的入口；在单向阀(28)入口和蓄热水罐(20)出水管之间的连接管路上引出生活热水出水管(26)。
4．如权利要求1所述的具有生活热水的风冷热泵装置，其特征在于在热水装置中设置有除垢装置(18)，自来水经过除垢装置(18)进入预热器(8)，与液态制冷剂进行热交换。
5．如权利要求1所述的具有生活热水的风冷热泵装置，其特征在于在所述空调装置中的压缩机(1)为变频压缩机，也可以为排气量可变化的制冷压缩机。
专利摘要一种具有生活热水的风冷热泵装置,由空调装置和热水装置两部分构成,在空调装置的高压液体管上设置具有保温层的预热器,其制冷剂通道分别与风冷换热器的出口管路和高压贮液器的进口相连;生活热水通道的进出口分别与生活热水进水管和再热器水通道的入口相连。本实用新型在制造生活热水的同时使热泵系统的冷凝温度降低,避免热水管路结垢,降低热泵装置的成本,减小配电装机容量。
文档编号F25B30/02GK2457532SQ0026781
公开日2001年10月31日 申请日期2000年12月28日 优先权日2000年12月28日
发明者石文星, 陈华俊, 邵双全, 马杰, 陆永生, 马战飞, 季圣裕, 倪保田, 马建峰 申请人:北京森博苑科技有限公司, 永昇集团公司